TW202116420A - 塗布方法及塗布裝置 - Google Patents

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橋本祐作
川北史
吉原孝介
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

[課題]在將包含阻劑液在內的各種處理液塗布於基板而形成塗布膜時抑制必要的處理液的量。 [解決手段]一種塗布方法，係對基板供給處理液，藉由旋轉塗布法將前述處理液塗布於基板的塗布方法，在和前述處理液的供給開始同時或在前述處理液的供給開始之後，將表面張力比前述處理液小的前述處理液的溶劑混合於前述處理液並供給至前述基板。

Description

塗布方法及塗布裝置
本揭示關於塗布方法及塗布裝置。
專利文獻1記載的阻劑塗布方法，係具有：在大致靜止的基板的大致中心上供給溶劑的溶劑供給工程；在前述溶劑供給工程之後，在前述基板的大致中心上且在前述溶劑之上邊供給阻劑液，邊以第1旋轉數使前述基板旋轉的第1工程；在前述第1工程之後，以比前述第1旋轉數低的第2旋轉數使前述基板旋轉的第2工程；在前述第2工程之後，以比前述第1旋轉數低且比前述第2旋轉數高的第3旋轉數使前述基板旋轉的第3工程。此外，專利文獻1記載有，為了達成節省阻劑，在阻劑液塗布前在基板上藉由稀釋劑等之溶劑進行預濕。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2010-207788號公報
[發明所欲解決的課題]
本揭示的技術係關於在將包含阻劑液在內的各種處理液塗布於基板而形成塗布膜時，抑制必要的處理液的量。 [解決課題的手段]
本揭示的一態樣的塗布方法，係對基板供給處理液，藉由旋轉塗布法將前述處理液塗布於基板者，其特徵為：在和前述處理液的供給開始同時或在前述處理液的供給開始之後，將表面張力比前述處理液小的前述處理液的溶劑混合於前述處理液並供給至前述基板。 [發明的效果]
依據本揭示，在將包含阻劑液在內的各種處理液塗布於基板而形成塗布膜時，可以抑制必要的處理液的量。
在半導體裝置的製程之微影成像步驟中，通常進行針對基板，例如針對半導體晶圓(以下，存在稱為「晶圓」之情況)，藉由旋轉塗布法在晶圓上塗布形成圖案用之阻劑液，而在晶圓之表面形成阻劑膜。該情況下，為了抑制高價位的阻劑液之消費達成節省阻劑，在阻劑液之供給前，進行在晶圓之表面使阻劑液之溶劑即稀釋劑擴散至晶圓整體表面的預濕處理(專利文獻1)。
但是，進行這樣的預濕處理之情況下，基於溶劑的種類而在被覆晶圓整面的被覆性能存在問題之狀況，該情況下必須供給多量之溶劑，或者供給更多的阻劑液。更詳細說明如下，使用具有大的表面張力之阻劑液或使用具有小的表面張力之溶劑的塗布處理中，阻劑液之被覆性成為問題，為了形成滿足要求的膜厚、具有均勻性之阻劑膜，需要更多的阻劑液。
依據本揭示，不管溶劑的被覆性能如何，相比以往可以減少包含阻劑液在內的各種處理液的塗布時之必要量，在將各種處理液塗布於基板而形成塗布膜時，相比以往可以抑制必要的處理液的量。
以下，參照圖面說明本實施形態的塗布裝置之構成及塗布方法。又，本說明書中，實質上具有同一功能、構成之要素附加同一符號並省略重複說明。
＜阻劑塗布裝置＞ 圖1係表示作為本實施形態的塗布裝置之阻劑塗布裝置1之構成之概要，該阻劑塗布裝置1係於框體C內具有杯體2。於杯體2內設置有自由升降、且繞垂直軸自由旋轉的作為旋轉保持構件之旋轉吸盤11，藉由該旋轉吸盤11將基板例如晶圓W之背面側中央部進行吸附並以水平方式進行保持。旋轉吸盤11係透過軸12與旋轉驅動機構13連接，構成為在旋轉吸盤11保持有晶圓W的狀態下藉由旋轉驅動機構13可以升降及旋轉。
杯體2，係以包圍旋轉吸盤11所保持的晶圓W的方式於上部側具有開口的形狀，具有外杯3和內杯4。外杯3之側周面上端部向內側傾斜，而且其前端部向下方彎曲。內杯4，係位於外杯3之內側，具有向外杯3側傾斜的傾斜部4a。內杯4被筒狀之支撐部5支撐。由此，於內杯4之下側形成筒狀之環狀之空間S。
於空間S內形成有環狀之隔板6。隔板6與外杯3之間之空間形成液體接收部7。液體接收部7之底部與排液管8連接。隔板6與支撐部5之間之空間S形成排氣空間9。排氣空間9之底部與排氣管10連接。因此晶圓W旋轉飛散的處理液等的液滴、薄霧，從液體接收部7流向排液管8而被排出。另一方面，蒸氣等係從排氣空間9流向排氣管10被排出。
在旋轉吸盤11之上方，由圖2所示的噴嘴臂21支撐的供給噴嘴22可以在旋轉吸盤11之上方之任何位置自由移動和停止。亦即，噴嘴臂21可以藉由驅動機構24而在設置在框體C內的軌條23上自由移動。此外，該供給噴嘴22可以自由升降。
供給噴嘴22與配管等之供給路31之一端連接，供給路31之另一端側經由管線混合器32、混合塊33分支為阻劑液類供給路35與溶劑類供給路36。阻劑液類供給路35經由波紋管泵37與阻劑液供給源38連接。另一方面，溶劑類供給路36經由波紋管泵39與溶劑供給源40連接。管線混合器32係將阻劑液和溶劑予以混合的混合手段，雖省略圖示例如在圓筒管之長度方向配置多個擋板而構成。這些擋板例如將寬度與圓筒管的內徑大致相同之板狀體沿長度方向的左右方向扭轉90度而形成。當然，混合手段不限定於該管線混合器32，亦可以採用能夠混合至少2種液體之其他機構。
波紋管泵37、39係藉由變化吐出行程而作為流量自由調整的液體輸送手段發揮功能。藉由控制裝置51控制經由這樣的波紋管泵37、39進行的流量調整、吐出開始、吐出停止之時序。
控制裝置51例如為具備CPU或記憶體等的電腦，具有程式儲存部(未圖示)。在程式儲存部儲存有對阻劑塗布裝置1中的晶圓W的塗布處理進行控制的程式。例如構成為進行旋轉驅動機構13之旋轉驅動之開始/停止之控制、旋轉速度之控制、旋轉吸盤11之上下移動、供給噴嘴22之升降動作、水平方向之移動、停止之控制。此外，程式儲存部中，上述程式可以是記錄於電腦可讀取的記憶媒體者，或是由該記憶媒體安裝於控制裝置51者。
實施形態的阻劑塗布裝置1係如上所述構成，藉由使用該阻劑塗布裝置1，可以將來自阻劑液供給源38之阻劑液和來自溶劑供給源40之溶劑各別按期待之時序、期待之流量、期待之混合比從供給噴嘴22吐出至旋轉吸盤11上之晶圓W。因此藉由使旋轉吸盤11旋轉，藉由旋轉塗布法在晶圓W上可以塗布形成阻劑膜。
接著，說明作為一例的使用阻劑塗布裝置1的實施形態的塗布方法。又，該實施形態的塗布方法中使用的塗布裝置不限定於具有前述構成之阻劑塗布裝置1。
＜塗布方法＞ 首先，在進入實施形態的塗布方法之說明之前，先說明發明人針對幾個塗布方法進行實驗的結果。這些實驗是以阻劑液作為處理液，以預濕處理使用的該阻劑液之溶劑(RRC)用作為溶劑的例。
首先圖3所示的例表示通常的預濕處理。亦即，塗布處理之開始至1.2秒為止僅供給溶劑，之後停止溶劑的供給僅供給阻劑液，表示開始(圖3中的時刻為0.0之時點)至2.4秒之時點停止阻劑液之供給的時序圖。該時序圖中，縱軸表示相對於從各波紋管泵37、39供給的阻劑液、溶劑的最大吐出速率(例如0.41ml/秒)的比例。此外，此時之晶圓之旋轉數，例如為與阻劑液之黏度相應的公知之旋轉數，例如在500~4000rpm之範圍內選擇的旋轉數。
接著，圖4所示的例為，針對溶劑的供給係和圖3之例相同從開始至1.2秒為止以最大吐出速率之100%之流量供給。另一方面，關於阻劑液則比溶劑的供給開始時稍微延遲，例如開始之後在0.6秒之時點開始供給進行混合。接著，開始至1.1秒時為止持續以最大吐出速率之50%之流量混合阻劑液而從供給噴嘴22吐出，之後增加阻劑液之流量而以最大吐出速率之70%之流量將阻劑液供給至晶圓，在開始起2.4秒之時點停止阻劑液之供給的例。
接著，實施形態的塗布方法係如圖5所示的塗布方法。亦即，通常的預濕處理之後，自開始至1.2秒為止以最大吐出速率之100%之流量將阻劑液供給至晶圓W，之後停止供給。另一方面，溶劑則在開始起0.1秒後以最大吐出速率之10%之流量開始混合，在開始起0.8秒後停止混合。
針對藉由以上3種塗布方法形成的阻劑膜各別進行評估，由評估結果可以理解，實施形態的圖5所示的配方之情況下，能夠以最少的阻劑液之量獲得預定的被覆性能，亦即可以完全被覆晶圓之表面。依據發明人之實驗，相比採用圖3所示的以往的預濕處理的塗布方法，節省了20~50%的阻劑液。
依據發明人之見解，即使在進行了預濕處理之後，藉由旋轉塗布法塗布形成表面張力大的阻劑液之情況下，在被覆性上亦存在有改善之點，結果是需要供給較多的必要的阻劑液之量。但是圖5所示的實施形態中，藉由在阻劑液的吐出後將表面張力比該阻劑液小的少量之溶劑混合於阻劑液，由此可以提升阻劑液之擴散性。其後，一旦阻劑液擴散至晶圓W之表面全體，之後之溶劑變為不必要，因此即使停止溶劑的供給(混合)在擴散性、被覆性上亦無問題。因此，在將阻劑液塗布於晶圓形成塗布膜時，可以抑制必要的阻劑液之量。此外，亦可以改善被覆性。
關於阻劑液的吐出後混合溶劑的時序，可以是與阻劑液同時開始混合。又，如上所述溶劑在阻劑液擴散至晶圓W之表面全體之後變為不必要，因此，在阻劑液之供給中停止溶劑的混合亦可。例如溶劑的混合時間為阻劑液的吐出時間之1/2~2/3即足夠。此外，依據發明人之見解，溶劑的混合比例(量)相對於阻劑液為3~50%，更好為3~20%。
又，可以適用的阻劑液之黏度為1cP~100cP，可以實現更顯著的效果者為3cP~100cP之阻劑液。
當然，本揭示不僅適用於阻劑液，對於其他處理液與該處理液的溶劑亦可以適用。例如在SOC膜之形成時，適用本揭示的技術可以享有如上述這樣的節省處理液的效果。
接著，針對阻劑液之溶劑的種類說明實施了前述塗布方法的結果。首先，膜厚分佈如圖6所示。該圖6中橫軸表示晶圓之位置，縱軸表示膜厚，REF為阻劑液，示出MIBC(甲基異丁基甲醇)、OK73(丙二醇單甲醚，PGME)、IPA(異丙醇)之情況。又，REF為預濕處理之後僅供給阻劑液進行塗布形成之情況。關於其他溶劑則示出將阻劑液稀釋20%，藉由圖5所示的配方進行塗布形成之情況。
依據該結果，MIBC、OK73之情況下膜厚整體減少20%左右，這是20%稀釋的結果，是適當者。但是該稀釋可以節省20%阻劑液。從膜厚分布可以觀察出在晶圓的整個表面上形成了大致平坦的膜厚。因此，理解到可以形成確保所需的膜厚且具有良好的被覆性和均勻的膜厚的阻劑膜。
另一方面，IPA之情況下，盡管在中央部有輕微的凹陷但是在周邊部獲得和僅有阻劑液之情況幾乎相等之膜厚。推測這是因為IPA具有高揮發性，因此在阻劑擴散時慢慢蒸發，在阻劑液到達外周部時，IPA幾乎消失。低揮發性者較好，但是在任何情況下，被覆性能都沒有問題，並且獲得了阻劑節省效果。
此外，本揭示的技術可以使用的溶劑，亦可以使用PGMEA(丙二醇單甲醚乙酸酯)。
圖7之表格示出將20%的這些溶劑混合於阻劑液，實施圖5所示的塗布方法之情況下所形成的阻劑塗布膜之預定的評估，亦即滿足可以完全被覆晶圓之表面時之必要的阻劑液的吐出量(g)。
依此，僅有阻劑液之情況下需要0.45g，IPA、OK73之情況下0.4g即可以形成滿足前述規定之評估的阻劑膜。此外，PGMEA之情況下進一步能夠節省阻劑，0.35g即可以滿足規定之評估。MIBC之情況下確認了以0.2g即可以形成滿足規定之評估的阻劑膜。因此，從節省阻劑之觀點來看，MIBC是最好的。
除了圖5所示的塗層配方以外，亦可以提案圖8~10所示的塗層配方。亦即，圖5所示的例示出，在阻劑液的吐出之後0.1秒開始混合溶劑，之後以恆定流量繼續混合溶劑，在阻劑液吐出開始之後0.8秒停止溶劑的供給(混合)者。
相對於此，圖8所示的例示出，與阻劑之開始供給同時開始溶劑的混合，混合開始之後0.4秒將溶劑的流量從50%減少為15%，開始後0.8秒停止溶劑的混合的例。該塗布方法是在阻劑液的吐出開始時例如以阻劑液之50%左右之比例將溶劑混合於阻劑液，減少阻劑液之表面張力，之後降低溶劑的混合比例者。藉此，自阻劑液在晶圓上開始擴散時起，降低阻劑液之表面張力，提升擴散性，被覆性被改善，因此，可以實現阻劑液之節省。
圖9所示的例示出，自阻劑液在晶圓上開始擴散時起降低該阻劑液之表面張力，從最初提升擴散性者，逐漸增加溶劑的混合比例在開始之後0.4秒成為峰值，之後逐漸降低混合比例，在開始之後0.7秒停止溶劑的混合的例。該例亦可以改善阻劑液之被覆性，且比以往的僅使用預濕處理之塗布方法可以更少的阻劑液在晶圓上塗布形成必要的膜厚之阻劑膜。
圖10所示的例，係針對圖9之例，在阻劑液之供給開始之初期，例如在開始至0.3秒為止供給更多之阻劑液，之後和圖9同樣地持續供給恆定流量之例。依據該例，對阻劑液擴散的初期段階供給更多之阻劑液(結果是溶劑的混合比例低於圖9之例)，可以達成阻劑液之被覆性之提升。無論如何，在該情況亦可以比以往的僅使用預濕處理之塗布方法以更少的阻劑液，在晶圓上塗布形成阻劑膜。
本揭示的技術，係在將處理液例如阻劑液供給至基板期間，將表面張力小於處理液的溶劑混合於該處理液的供給中(亦包含與供給開始同時)，但是該處理液本身在連續供給之同時進行混合。亦即該處理液不是間歇性的，是連續供給之同時進行混合，由此，達成節省處理液、被覆性提升之同時，可以形成規定之膜。
此外，雖是藉由混合前述溶劑來提升基板上之被覆性者，本來之目的是在基板上形成處理液的規定之被膜，因此，塗布完成時需要在基板上形成本來之處理液的規定之膜例如規定之阻劑膜。因此，必須在處理液本身之供給停止前進行並完成溶劑的混合。因此，例如圖8~圖9所示在供給時間之前半部分進行混合，或者可以在前半至中間階段進行混合，無論如何，在處理液的供給時間之後半例如在經過供給時間之1/2~2/3時至處理液供給停止為止之間確保未混合溶劑的時間帶。藉此，在供給時間之前半可以實現溶劑之混合而節省處理液，且在前述後半可以形成本來之處理液的膜。
此次揭示的實施形態在所有方面應視為都是例示而不是用來限制者。在不脫離所附申請專利範圍及其主旨範圍內，可以對上述實施形態以各種形態進行省略、替換、變更。
又，以下這樣的構成亦屬於本揭示的技術範圍。 (1)一種塗布方法，係對基板供給處理液，藉由旋轉塗布法將前述處理液塗布於基板者，其特徵為：在和前述處理液的供給開始同時或在前述處理液的供給開始之後，將表面張力比前述處理液小的前述處理液的溶劑混合於前述處理液並供給至前述基板。 (2)如前述(1)記載的塗布方法，其中在停止前述處理液對前述基板之供給之前，結束前述溶劑對前述處理液之混合。 (3)如前述(1)或(2)記載的塗布方法，其中前述溶劑對前述處理液的混合時間，係前述處理液的供給時間之1/2~2/3。 (4)如前述(1)至(3)之任一記載的塗布方法，其中，其中前述溶劑對前述處理液的混合比例為前述處理液的3~50%。 (5)如前述(1)至(4)之任一記載的塗布方法，其中，前述處理液為阻劑液。 (6)一種塗布裝置，係對基板供給處理液，藉由旋轉塗布法將前述處理液塗布於基板而構成的塗布裝置，其特徵為具有： 旋轉保持構件，將前述基板可以旋轉地進行保持； 供給噴嘴，對前述旋轉保持構件所保持的前述基板供給前述處理液；及 控制部，對前述塗布裝置進行控制，以便在和前述處理液的供給開始同時或在前述處理液的供給開始之後，將表面張力比前述處理液小的前述處理液的溶劑混合於前述處理液並供給至前述基板。
1:阻劑塗布裝置 2:杯體 3:外杯 4:內杯 6:隔板 7:液體接收部 8:排液管 9:排氣空間 10:排氣管 11:旋轉吸盤 12:軸 13:旋轉驅動機構 21:噴嘴臂 22:供給噴嘴 23:軌條 31:供給路 32:管線混合器 33:混合塊 35:阻劑液類供給路 36:溶劑類供給路 37,39:波紋管泵 38:阻劑液供給源 40:溶劑供給源 51:控制裝置 C:框體 S:空間 W:晶圓
[圖1]係示意表示本實施形態的塗布裝置之構成之概要的側面剖視的說明圖。 [圖2]係示意表示圖1的塗布裝置之構成之概要的平面截面的說明圖。 [圖3]表示以往的預濕處理方式的塗布方法中的阻劑液和溶劑的吐出速率之時間變化的曲線圖。 [圖4]表示其他方式的塗布方法中的阻劑液和溶劑的吐出、混合速率之時間變化的曲線圖。 [圖5]表示實施形態的塗布方法中的阻劑液和溶劑的混合速率之時間變化的曲線圖。 [圖6]表示實施形態的塗布方法中變化溶劑的種類時之膜厚分佈的說明圖。 [圖7]表示實施形態的塗布方法中變化溶劑的種類時之節省阻劑性能的表格。 [圖8]表示其他實施形態的塗布方法中的阻劑液和溶劑的混合速率之時間變化的曲線圖。 [圖9]表示其他實施形態的塗布方法中的阻劑液和溶劑的混合速率之時間變化的曲線圖。 [圖10]表示其他實施形態的塗布方法中的阻劑液和溶劑的混合速率之時間變化的曲線圖。

Claims (11)

  1. 一種塗布方法，係對基板供給處理液，藉由旋轉塗布法將前述處理液塗布於基板者，其特徵為： 在和前述處理液的供給開始同時或在前述處理液的供給開始之後，將表面張力比前述處理液小的前述處理液的溶劑混合於前述處理液並供給至前述基板。
  2. 如請求項1之塗布方法，其中 在停止前述處理液對前述基板之供給之前，結束前述溶劑對前述處理液之混合。
  3. 如請求項1之塗布方法，其中 在前述溶劑對前述處理液之開始混合至結束混合之期間連續供給前述處理液。
  4. 如請求項1至3之任一項之塗布方法，其中 前述溶劑對前述處理液之混合時間為前述處理液的供給時間之1/2~2/3。
  5. 如請求項1至3之任一項之塗布方法，其中 前述溶劑對前述處理液的混合比例為前述處理液的3~50%。
  6. 如請求項1至3之任一項之塗布方法，其中 在前述溶劑對前述處理液進行混合的期間中的中間時點至結束為止之間，降低前述溶劑對前述處理液的混合比例。
  7. 如請求項1至3之任一項之塗布方法，其中 前述處理液係黏度為3cP~100cP之阻劑液。
  8. 如請求項1至3之任一項之塗布方法，其中 前述溶劑為IPA或揮發性低於IPA的溶劑。
  9. 如請求項1至3之任一項之塗布方法，其中 前述溶劑為PGMEA或MIBC。
  10. 一種塗布裝置，係對基板供給處理液，藉由旋轉塗布法將前述處理液塗布於基板而構成的塗布裝置，其特徵為具有： 旋轉保持構件，將前述基板可以旋轉地進行保持； 供給噴嘴，對前述旋轉保持構件所保持的前述基板供給前述處理液；及 控制部，對前述塗布裝置進行控制，以便在和前述處理液的供給開始同時或在前述處理液的供給開始之後，將表面張力比前述處理液小的前述處理液的溶劑混合於前述處理液並供給至前述基板。
  11. 如請求項10之塗布裝置，其中 前述控制部，係對前述塗布裝置進行控制，以便在保持從前述供給噴嘴對前述基板連續供給前述處理液的狀態下調整前述溶劑對前述處理液的混合比例，且在包含前述處理液的停止供給時的處理液供給之後半之時間帶使前述溶劑不混合於前述處理液。
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